PREPARACIÓN Y CURADO DE PROBETAS DE SUELO CEMENTO PARA PRUEBAS DE COMPRESIÓN Y FLEXIÓN EN EL LABORATORIO I.N.V. E

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1 PREPARACIÓN Y CURADO DE PROBETAS DE SUELO CEMENTO PARA PRUEBAS DE COMPRESIÓN Y FLEXIÓN EN EL LABORATORIO I.N.V. E OBJETO 1.1 Esta norma cubre el procedimiento para moldear y curar en el laboratorio probetas de suelo-cemento, utilizadas en prue bas de compresión y flexión, bajo condiciones precisas de ensayo y de materiales. 1.2 Esta norma no considera los problemas de seguridad asociados con su uso. Es responsabilidad de quien la emplee, establecer prácticas apropiadas de seguridad y salubridad y determinar la aplicabilidad de limitaciones regulatorias antes de su empleo. 2 USO Y SIGNIFICADO 2.1 Esta práctica se usa para preparar probetas de suelo -cemento para pruebas de compresión y de esfuerzo de flexión que se realizan de acuerdo con el Método B de la norma INV E 809, Método de prueba ASTM D 1634 y Método de prueba ASTM D Esta práctica no aplica para probetas de suelo-cemento que son preparadas en moldes normalmente disponibles de mm (4 ) de diámetro y mm (4.584 ) de altura. Par a este tamaño de probetas, requerido para pruebas de compresión con el Método A de la norma INV E 809, se debe usar para su preparación la norma INV E 807 o el Método ASTM D EQUIPOS 3.1 Moldes para probetas de prueba de compresión El molde (Figura 1) para preparación de la probeta de suelo-cemento debe tener diámetro interior de 71 ± mm (2.8" ± 0.01") y altura de 229 mm (9"), para moldear especímenes de 71 mm (2.8") de diámetro y 142 mm (5.6") de altura. Los accesorios del molde deben ser los siguientes: dos pistones (superior e inferior), de acero maquinado, de diámetro menor en 0.13 mm (0.005") que el del molde; una extensión del molde de 152 mm (6") de largo; un anillo espaciador; al menos dos discos separadores de aluminio, de 1.54 mm (1/16") de espesor y 70.6 (2.78") de diámetro. Nota 1.- Son satisfactorios los moldes hechos mediante templado en frió, de tubería de acero sin costura con una dureza de Rockwell de aproximadamente 85 HRB o de tubería de acero torneada en el interior. Las probetas de 71 mm x 142 mm (2.8 x 5.6 ) ajustan bastante con los fabricados para compresión triaxial, y así como se pueden usar para el triaxial también se pueden emplear en pruebas de compresión simple.

2 3.2 Moldes para probetas de prueba de flexión Las dimensiones interiores de los moldes deben ser 76.2 x 76.2 x mm (3 x 3 x ) (ver Figuras 2 y 3) para moldear probetas del mismo tamaño. Los moldes se diseñarán con esas dimensiones y para que la probeta sea moldeada con su eje longitudinal en una posición horizontal. Las partes de los moldes deberán estar encajadas, ajustadas y adecuadamente agarradas. Los lados de los moldes deberán ser suficientemente rígidos para prevenir alabeo y extensión. Las caras interiores de los moldes deberán ser superficies planas con una variación permisible de mm (0.002 ), por cada 76.2 mm (3 ) de cualquier línea en una superficie para moldes nuevos, y de mm (0.003 ) para moldes en uso. La distancia entre los lados opuestos deberá ser ± 0.25 mm (3 ± 0.01 ) para moldes nuevos, y ± 0.38 mm (3 ± ) para moldes en el uso. La altura de los moldes deberá ser mm (3 ), con variaciones permisibles de mm ( ) y mm ( ) para los moldes nuevos y en el uso. Se debe conta r con cuatro barras espaciadoras de 9.52 mm (3/8 ), tapa y plato de base de acero de maquinaria. Los platos encajarán en el molde en un espacio libre de 0.13 mm (0.005 ) en todos los lados Nota 2.- Los moldes deben ser hechos de metal con una dureza no menor que 85 HRB. 3.3 Tamices Se utilizarán los tamices de: 50 mm (2"), 19.0 mm (3/4"), 4.75 mm (No.4) y 1.18 mm (No.16). 3.4 Balanzas Una balanza de 12 kg (25 lb) de capacidad, con precisión de kg (0.01 lb) y una balanza de 1000 g de capacidad con precisión de 0.1 g. 3.5 Horno de Secado Será de control termostático, capaz de mantener una temperatura de aproximadamente 110º ± 5 C (230º ± 9 F) para el secado de humedad de las muestras 3.6 Aparato para ensayo de compresión o marco de compresión Máquina de compresión o un marco de compresión con capacidad suficiente para aplicar 270 kn (60000 lbf) para compactar las probetas para prueba de flexión y para uso opcional en probetas para ensayo de compresión. 3.7 Aparato de compactación por impacto Una máquina controlada de compactación por impacto con un dispositivo de 6.8 kg (15 lb), para golpear el pistón superior, para uso opcional en compactación de probetas para ensayo de compresión. (Ver Figuras 4 y 5). Cuando este equipo sea utilizado, el pistón superior listado en la Sección 3.1 debe ser preparado en la pata del dispositivo compactador. 3.8 Extractor de la probeta compactada Está compuesto de pistón, prensa y armazón, necesarios para extraer la muestra compactada, sin dañarla, por extrusión. 3.9 Elementos varios Palustre, espátula, recipiente de mezcla o mezcladora, recipiente graduado para medir el agua, latas para medición del contenido de humedad, etc. E 808-2

3 3.10 Varilla compactadora Varilla de acero, lisa, de diámetro 12.7 mm (½"), longitud de 510 mm (20") y con extremos de corte recto Cuarto húmedo Un cuarto o cabina capaz de mantener una temperatura de 23.0º ± 1.7º C (73.4º ± 3 F) y una humedad relativa no menor de 96% para el curado húmedo de las probetas. Figura 1. Molde para probetas cilíndricas de suelo-cemento, mm (4.0 ) E 808-3

4 Figura 2. Moldes para vigas de suelo -cemento para ensayo de flexión Figura 3. Molde y placa superior de acero para la elaboración de vigas para prueba de flexión de 76.2 x 76.2 x mm E 808-4

5 Figura 4. Esquema de un dispositivo de compactación por golpe adecuado E 808-5

6 Figura 5. Dispositivo adecuado de compactación para especímenes cilíndricos de compactación de 71 x 142 mm (2.8 x 5.6 ) 4 PREPARACIÓN DE LOS MATERIALES 4.1 Se colocan los materiales a la temperatura ambiente, preferiblemente entre 18 y 24 C (65º a 75 F), antes de comenzar la preparación. 4.2 Se almacena el cemento en un lugar seco, en recipientes a prueba de humedad, preferiblemente de metal. Se mezcla cuidadosamente el cemento con el fin de obte ner una muestra homogénea. Se pasa el cemento a través del tamiz No.16 (1.18 mm) y se descarta el material retenido (terrones, grumos). 4.3 El agua de mezcla debe estar libre de ácidos, álcalis, y aceites, y en general es sustituida por agua potable. 4.4 Se seca la muestra de suelo, si está húmeda, hasta que se note friable al introducir en ella la espátula. El secado debe ser al aire o con un aparato de secado, siempre y cuando la temperatura no exceda de los 60 C (140 F). Se debe disgregar cuidadosamente los grumos de suelo, respetando el tamaño natural de las partículas individuales. 4.5 Se tamiza una cantidad adecuada de este suelo pulverizado, que sea representativa de él, empleado los tamices de 50 mm (2"), 19.0 mm (3/4") y 4.75 mm (No.4). Se debe descartar cualquier agregado retenido en el tamiz de 50 mm (2"). Se remueve el agregado retenido en el tamiz de 19.0 mm (3/4"), para reemplazarlo por una masa igual de material que pasa el tamiz de 19.0 mm (3/4") y que es retenido en el tamiz de 4.75 mm (No.4). Este material de reemplazo debe ser obtenido a partir de la muestra original. Nota 3.- La probeta de suelo-cemento que se preparará para pruebas de compresión y flexión, estará hecha preferiblemente con suelo que tenga un porcentaje retenido en el tamiz de E 808-6

7 mm (No.4) no superior al 35% y un porcentaje retenido en el tamiz de 425 µm (No.40) no superior al 85%. 4.6 Se coloca en inmersión el material que pasa el tamiz de 19.0 mm (3/4") y que se retuvo en el tamiz No.4, por espacio de 24 horas, y luego se seca superficialmente. Se deben determinar sus propiedades de absorción de acuerdo con la norma INV E Se toma una muestra de 100 g del suelo que pasa el tamiz No.4 y se seca al horno hasta obtener masa constante; se determina el contenido de humedad de la muestra, dato que permitirá calcular la cantidad de agua que deberá ser agregada a la mezcla de suelo-cemento. 4.8 Con una porción representativa del material que pasa el tamiz No.4, y otra de la fracción que pasa el tamiz de 19.0 mm (3/4") y que es retenida en el No.4, preparadas como es descrito en las Secciones 4.4, 4.5 y 4.6, se prepara una muestra de mezcla total cuyo tamaño sea suficiente para elaborar tres probetas de suelo-cemento para prueba de compresión o de flexión 5 DETERMINACIÓN DE LA MASA DE LOS MATERIALES 5.1 Se determina la masa con precisión de 5 g (0.01 lb), de las cantidades diseñadas de suelo que pasa el tamiz No.4 y de suelo comprendido entre los tamices de 19.0 mm (3/4") y No.4. Se determina la masa con precisión de 1 g de la cantidad diseñada de cemento y se mide la cantidad diseñada de agua, con precisión de 1 ml. Nota 4.- Las cantidades diseñadas de suelo, cemento y agua se basan usualmente en resultados obtenidos de otros ensayos: el contenido "óptimo" de agua de la mezcla y la "máxima" densidad a la cual la probeta debe ser compactada se determinan mediante la norma INV E 806; la cantidad de cemento es usualmente la necesaria para producir suelo-cemento de calidad adecuada para construcción de vías y bases. Esta cantidad de cemento, es indicada por el criterio establecido para interpretar los resultados obtenidos de la norma INV E MEZCLA 6.1 General La mezcla de suelo-cemento, hecha a mano o mediante una mezcladora, debe proporcionar bachadas, cada una con un 10% en exceso de la necesaria para el moldeo de las probetas. Se debe proteger éste material contra pérdida de humedad; se determina la masa de una porción representativa, se seca al horno hasta masa constante y se determina la humedad real. Cuando la mezcla de suelo-cemento contenga agregado retenido en el tamiz No.4, la porción para determinar la humedad debe tener al menos una masa de 500 g, y se debe determinar con precisión de 1 g; si no tiene agregado retenido en el tamiz No.4, la masa debe ser al menos 100 g, y se determina con precisión de 0.1 g. 6.2 Mezcla a mano Se mezcla la bachada en un recipiente metálico limpio y no absorbente, o sobre una plancha de acero, con ayuda de un palustre, de la siguiente manera: E 808-7

8 6.2.1 Se mezcla el cemento y el suelo, menos el material retenido en el tamiz No.4, hasta lograr una distribución uniforme Se agrega el agua y se mezcla, hasta lograr una pasta uniforme Se añade el material grueso secado superficialmente y se mezcla hasta que se distribuya uniformemente dentro de la pasta. 6.3 Mezcla mecánica Se debe seguir la secuencia especificada para mezcla a mano. Para evitar segregación, se debe depositar la cantidad así mezclada en un recipiente metálico, limpio y no absorbente, y se vuelve a mezclar, pero manualmente con ayuda del palustre. Nota 5.- La operación de mezcla y compactación de las probetas debe ser continua, y el tiempo transcurrido entre la adición del agua y la compactación final no debe exceder los 30 minutos. 7 TAMAÑO DE LA S PROBETAS PRUEBA DE PROBETAS A LA COMPRESIÓN La probeta para ensayos de compresión debe tener forma cilíndrica, con una altura igual al doble del diámetro. En esta norma se preparan probetas de 71 mm (2.8") de diámetro por 142 mm (5.6") de altura, pero el mismo procedimiento puede ser usado para moldear probetas mayores o menores. 8 MOLDEO DE PROBETAS 8.1 Se aplica una capa delgada de aceite comercial en las paredes interiores del molde y de la extensión, así como en los dos discos separadores. Se coloca el molde en posición vertical, con el anillo espaciador sobre el pistón inferior en forma tal, que éste se introduzca en el molde 25 mm (1"). 8.2 Se coloca un disco separador sobre el pistón inferior y se ajusta la extensión del molde. Se deposita en el molde una masa predeterminada de mezcla, que dé un espécim en con la densidad de diseño, cuando sea compactado hasta una altura de 142 mm (5.6") dentro del molde. Cuando el suelo-cemento contenga agregado retenido en el tamiz No.4 (4.75 mm), se debe distribuir uniformemente la mezcla dentro del molde con ayuda de la espátula. Luego se compacta la mezcla con la varilla compactadora, introduciendo su extremo recto dentro de la mezcla, en forma firme y con algo de impacto, hacia arriba y hacia abajo sobre una misma trayectoria, y repitiendo el movimiento en varios puntos uniformemente distribuidos en la sección transversal del cilindro. Esta operación se debe hacer cuidadosamente para no dejar vacíos en mezclas arcillosas de suelo -cemento. Se debe repetir el proceso hasta que la mezcla se halle compactada hasta una altura de 150 mm (6") aproximadamente. E 808-8

9 8.3 Se remueve la extensión del molde y se coloca el otro disco separador sobre la mezcla. Se retira también el anillo espaciador del extremo inferior. Se coloca el pistón superior en posición y se aplica una carga, sea estacionaria mediante una máquina de compresión o sea dinámica mediante una máquina de impacto, hasta que la mezcla quede comprimida a una altura de 142 mm (5.6") 8.4 Se remueven los pistones y discos separadores, pero se deja la mezcla de suelo-cemento en el molde. 9 CURADO Se curan las probetas dentro de los moldes en la cámara húmeda, por 12 horas o más si es necesario, para permitir la utilización del extractor de las probetas compactadas. Se retornan las probetas luego de extraídas, a la cámara húmeda, se deben proteger de gote o durante el tiempo especificado de curado. Generalmente, las probetas son ensayadas a compresión en condición húmeda inmediatamente después de ser removidas de la cámara. Nota 6.- Otros procedimientos de acondicionamiento en este punto de la preparación, como operaciones de remojo, secado al aire o al horno, procesos de humedecimiento y secado alternados, etc., pueden ser especificados después del curado inicial de la mezcla. Estos procedimientos deben ser indicados con detalle en el informe. 10 REFRENTADO 10.1 Antes del ensayo a compresión, se deben refrentar los extremos de las probetas que no se consideren planos (tolerancia de 0.05 mm (0.002") de separación del plano El refrentado se puede hacer con los elementos comunes para ello (estuco de yeso, mortero de a zufre, pasta de cemento). La capa del refrentado debe ser lo más delgada posible, y se debe aplicar con suficiente anterioridad para que endurezca y no se fracture cuando la probeta se someta a compresión (tiempo sugerido: 3 horas a 23 C). Durante este período de endurecimiento, se debe mantener constante la humedad de las probetas. PRUEBA DE PROBETAS A LA FLEXIÓN 11 TAMAÑO DE LAS PROBETAS PARA PRUEBA DE FLEXIÓN Las probetas para pruebas de flexión serán vigas rectangulares con una longitud medida de por lo menos 51 mm (2 ) mayor que tres veces la profundidad. En esta norma se preparan vigas de 76.2 x 76.2 x mm (3 x 3 x ), pero el mismo procedimiento puede ser usado para moldear probetas mayores o menores. E 808-9

10 12 MOLDEO DE PROBETAS 12.1 Se forman las probetas de prueba con el eje longitudinal horizontal. Se engrasa ligeramente las partes del molde y se ensambla con los lados y separadores finales del plato de base con las barras espaciadoras de 9.53 mm (3/8 ), se coloca una en cada esquina del molde Se dividen en tres porciones iguales la masa predeterminada mezclada uniformemente de suelo cemento para elaborar la viga de la densidad de diseño. Se coloca una de las porciones en el molde y se nivela a mano. Cuando el suelo cemento contiene material retenido el tamiz 4.75 mm (No. 4), cuidadosamente, se debe distribuir uniformemente la mezcla dentro del molde con ayuda de la espátula delgada. Se compacta el suelo cemento inicialmente del fondo hacia arriba firmemente y fuertemente, se fuerza repetidamente (con un impacto pequeño) un corte en ángulo recto con la vara de acero lisa de diámetro de 12.7 mm (1/2 ), se repite de la cima al fondo alternando el sentido y distribuyendo uniformemente sobre la sección cruzada del molde hasta aplicar, aproximadamente, 90 varillados si se requieren; se debe sacar con cuidado la varilla para que no salgan huecos en los suelo cementos arcillosos. Se nivela la capa y se repite de forma idéntica el proceso de compactación con las otras dos capas. La probeta en ese momento debe alcanzar aproximadamente 95 mm (3 3/4 ) de alto Se coloca el plato encima del molde en posición y se quitan las barras espaciadoras. Se proporciona la última compactación aplicado una carga estática con la máquina de compresión o marco de compresión hasta alcanzar la altura de diseño de 76 mm (3 ) Inmediatamente después de la compactación, cuidadosamente se desmonta el molde y se remueve la probeta hacia una madera o lamina metálica lisa y rígida. Nota 7.- El método sugerido para quitar el espécimen del molde es quitar primero la tapa, posteriormente los lados y por ultimo los platos del molde. La probeta estará descansando entonces en el plato del fondo del molde. La cara plana de una paleta de transporte se pone entonces contra un lado del espécimen y entonces se giran el plato de fondo del molde, el espécimen, y la paleta 90º para que la probeta descanse su lado en la paleta. El plato del fondo del molde se quita, entonces, cuidadosamente. 13 CURADO Se curan durante el periodo especificado las probetas en las paletas en el cuarto húmedo y se protegen del agua libre. Generalmente las probetas son ensayadas en condición húmeda, inmediatamente después de ser removidas de la cámara (ver Nota 6). 14 REFRENTADO 14.1 Antes de probar, las áreas de tapa, en los lados opuestos a los de como se moldeo la probeta, que será una la que entrará en el contacto con el bloque E

11 para la aplicación de la carga y la otra la que estará en contacto con los apoyos, se chequearan y si no son planas dentro de una tolerancia de 0.05 mm (0.002 ). Las superficies se deben refrentar y el refrentado deberá cumplir con la misma tolerancia y ser paralelo al eje horizontal de la probeta Nota 8.- Las probetas son probadas sobre sus superficies originales perpendiculares a las de tapa y base tal como se moldearon. Generalmente las probetas elaboradas en moldes que reúnen las especificaciones dadas en la Sección 2.2 no requieren refrentado Si el refrentado es necesario, se puede hacer con los elementos comunes para ello (estuco de yeso, mortero de azufre, pasta de cemento). La capa del refrentado debe ser lo más delgada posible, y se debe aplicar con suficiente anterioridad para que endurezca y no se fracture cuando la probeta se someta a compresión (tiempo sugerido: 3 horas a 23 C). Durante este período de endurecimiento, se debe mantener constante la humedad de las probetas. 15 INFORME El informe debe incluir los siguientes datos acerca de la mezcla de suelocemento: 15.1 Gradación del suelo tal como fue recibido y usado en la elaboración de las probetas Identificación de las probetas Humedad de diseño 15.4 Densidad seca (al horno) de diseño Contenido de cemento de diseño 15.6 Humedad real 15.7 Densidad seca (al horno) real Contenido de cemento real Detalles de los procedimientos de curado y de acondicionamiento de las probetas. 16 PRECISIÓN Y TOLERANCIAS Esta práctica describe los procedimientos por hacer y curar las probetas de prueba. Puesto que en esta norma no se determinan valores de prueba no existe ninguna declaración aplicable de precisión y tolerancia. E

12 17 NORMAS DE REFERENCIA ASTM D E